CN105319820B - 投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种投影装置包含至少一光源、合光组合、至少一光形调整元件、照明组合以及成像组合。光源用以发射至少一光束。合光组合设置于光束的行进路径上用以将光束转换成照明光束。光形调整元件设置于合光组合内且位于光束的行进路径上用以调整光束的光形，其中光束的光形经由光形调整元件调整后呈现椭圆形。照明组合设置于照明光束的行进路径上用以将照明光束转换成影像光束。成像组合设置于影像光束的行进路径上用以投射出影像光束。光形调整元件将光束的光形调整为椭圆形，使照明光束的光形也成为椭圆形，避免无效的影像光束所投射的区域与有效的影像光束所投射的区域部分重叠，造成部分无效的影像光束被投影至投影镜头而形成杂散光并影响出光效率。

Description

投影装置
技术领域
本发明是有关于一种投影装置，尤其是有关于一种可在内部调整光束的光形的投影装置。
背景技术
在众多类型的显示装置中，投影装置具有能够以较小的装置体积投影出数倍于装置表面积的大尺寸影像画面的特性，因此在显示领域中有着无法被取代的优势。
一般而言，投影装置之所以能够产生影像的主要原因之一为采用了光阀(lightvalve)来调制(modulate)来自照明系统的照明光束，以产生用以投影于屏幕上的影像光束。光阀大致上可分为数字微镜元件(digital micro-mirror device，DMD)、硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel，LCOS panel)以及穿透式液晶面板(transmissiveliquid crystal panel)。
其中，数字微镜元件的每个画素是由一面微小的微反射镜所构成，每个微反射镜有三种转动位置。详细而言，一种是将光线反射至投影镜头的亮状态(On state)，另一种是将光线偏离投影镜头的暗状态(Off state)，最后一种则是微反射镜不偏转状态(Flatstate)。一般来说，当微反射镜从不偏转状态旋转至亮状态时，微反射镜会向一方向旋转一角度，当微反射镜从不偏转状态旋转至暗状态时，微反射镜会反方向地旋转同一角度。
然而，一般的微反射镜在不偏转状态时所反射的影像光束与在亮状态时所反射的影像光束会有部分重合，使得微反射镜在不偏转状态时所反射的影像光束也有部分会进入成像组合中而被成像组合的投影镜头投射于外部屏幕上，而形成杂散光(stray light)，造成投影至屏幕上的影像画面的对比度下降。
为了解决杂散光所造成的问题，传统的投影装置通常会在内部设置遮蔽物以阻止杂散光进入投影镜头内。但是，在微反射镜亮状态时，遮蔽物会遮蔽部分形成影像光束的有效照明光束进入投影镜头内，使得投影装置的整体出光效率降低。
本“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”中所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域的技术人员所知道的习知技术。此外，在“背景技术”中所揭露的内容并不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域的技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供了一种投影装置，以解决现有技术所具有的问题。
根据本发明一实施例，其揭露了一种投影装置包含至少一光源、合光组合、光形调整元件、照明组合以及成像组合。光源用以发射光束。合光组合设置于光束的行进路径上，用以将光束转换成照明光束。光形调整元件设置于合光组合内且位于光束的行进路径上，用以调整光束的光瞳分布，其中光束的光瞳分布经由光形调整元件调整后呈现椭圆形。照明组合设置于照明光束的行进路径上，用以将照明光束转换成影像光束。成像组合设置于影像光束的行进路径上，用以投射出影像光束。
在本发明一实施例中，光形调整元件为双轴透镜或柱面透镜。
在本发明一实施例中，合光组合包含数个导光透镜以及数个分色镜，且光束经由导光透镜以及分色镜转换成照明光束。
在本发明一实施例中，光形调整元件紧邻于光源。
在本发明一实施例中，每一导光透镜的入光面分别紧邻于光源，且光形调整元件紧邻于导光透镜的其中之一的出光面。
在本发明一实施例中，光形调整元件设置于导光透镜的其中之一及其相邻的分色镜之间。
在本发明一实施例中，分色镜的数量为两个以上，光形调整元件设置于两个分色镜之间。
在本发明一实施例中，光源有三个，分色镜的数量为两个且彼此相交，光形调整组件的数量为三个且分别设置于各自对应的光源和数个分色镜之间。
在本发明一实施例中，照明组合包含透镜阵列、至少一中继透镜、全反射棱镜以及光阀，且照明光束经由透镜阵列、至少一中继透镜以及全反射棱镜传递至光阀后形成影像光束。
在本发明一实施例中，至少一光形调整元件紧邻于透镜阵列。
在本发明一实施例中，合光组合包含至少两个分色镜，且两个分色镜之间还具有一个导光透镜。
在本发明一实施例中，合光组合包含数个导光透镜以及数个分色镜，光源有三个且分别对应数个导光透镜其中之一，分色镜的数量为两个且彼此相交，且光束经由数个导光透镜的其中之一以及数个分色镜的其中之一转换成所述照明光束。
在本发明一实施例中，成像组合包含投影镜头，且投影镜头用以投射出影像光束。
在本发明一实施例中，光源为发光二极管或激光器。
本发明实施例的投影装置可以利用光形调整元件将光束的光瞳分布调整为椭圆形，使得照明光束的光瞳分布也能调整为椭圆形，而可避免无效的照明光束所投射的区域与有效的照明光束所投射的区域部分重叠，造成部分无效的照明光束被投影至投影镜头而形成杂散光并影响投影装置的出光效率。因此，应用本发明实施例的投影装置可使得投影装置保持完整的出光效率。
附图说明
为让本发明的叙述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1是绘示依照本发明一实施例的一种投影装置的示意图。
图2A是绘示依照本发明一实施例的照明光束在照明组合内的光瞳分布的示意图。
图2B是绘示依照本发明另一实施例的照明光束在照明组合内的光瞳分布的示意图。
图2C是绘示依照本发明再一实施例的照明光束在照明组合内的光瞳分布的示意图。
图3是绘示依照本发明另一实施例的一种投影装置的示意图。
图4是绘示依照本发明再一实施例的一种投影装置的部分示意图。
图5是绘示依照本发明再一实施例的一种投影装置的部分示意图。
图6是绘示依照本发明再一实施例的一种投影装置的部分示意图。
图7是绘示依照本发明再一实施例的一种投影装置的部分示意图。
图8是绘示依照本发明再一实施例的一种投影装置的部分示意图。
图9是绘示依照本发明再一实施例的一种投影装置的部分示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
应先了解到，虽然图1至图9所绘示的本发明实施例的光源为多个，但不限于此。当光源的数目为一个时，本发明仍可据以实施。
请参照图1，其绘示依照本发明一实施例的一种投影装置的示意图。如图1所示，投影装置100包含数个光源110、合光组合120、光形调整元件130、照明组合140以及成像组合150。换句话说，数个光源110、合光组合120、光形调整元件130、照明组合140以及成像组合150可容置在一具有开口的壳体100a内而形成本实施例的投影装置100。详细而言，数个光源110可发射数个光束L1，同时在光束L1的行进路径上设置合光组合120而可将光束L1转换成照明光束L2。在照明光束L2的行进路径上设置照明组合140，使得照明光束L2进而转换成影像光束L3。当照明光束L2在照明组合140内转换成影像光束L3后，可在影像光束L3的行进路径上进一步设置成像组合150，以将影像光束L3投射至外部。
在本实施例中，光源110的数目可为三个以上，但不限于此。举例来说，当光源110的数目为三时，三个光源110可分别用以发出红光、绿光以及蓝光。另外，举例来说，光源110可为发光二极管或激光器，但不限于此。
合光组合120可包含数个导光透镜122以及数个分色镜124。详细而言，当光源110发出的光束L1进入合光组合120后，光束L1可经由导光透镜122以及分色镜124而转换成照明光束L2。在本实施例中，分色镜124的数量为两个，且彼此平行，但不限于此。此外，至少一光形调整元件130可设置于合光组合120内，进一步地说，光形调整元件130位于合光组合120内且位于对应光源110发出的光束L1的行进路径上，而可调整光源110发出的光束L1的光形，因此，光源110发出的光束L1的光形可经由光形调整元件130调整而形成椭圆形的构形。本实施例所述的“光形”可以是垂直光束主要行进方向的剖面线所形成的剖面，但不限于此。
在本实施例中，光形调整元件130可为双轴透镜(Biconic surface lens)或柱面透镜(Cylindrical lens)，但不限于此。另外，在本实施例中，光形调整元件130设置于导光透镜122的其中之一及其相邻的分色镜124之间，同时地，每一导光透镜122的入光面122a分别朝向光源110，且光形调整元件130紧邻于导光透镜122的其中之一出光面122b，但不限于此。
光源110发出的光束L1在合光组合120内转换为照明光束L2后，照明光束L2会进入照明组合140内。详细而言，照明组合140可包含透镜阵列142、中继透镜(relay lens)144、全反射棱镜146以及光阀148。在本实施例中，中继透镜144为多个，在其它实施例中，中继透镜144可只设置一个，但不限于此。当照明光束L2经由透镜阵列142、中继透镜144以及全反射棱镜146传递至光阀148后，照明光束L2可被转换为影像光束L3。在本实施例中，光阀148可为数字微镜元件(digital micro-mirror device，DMD)，但不限于此。
光源110发出的光束L1经过合光组合120集光而形成照明光束L2后，会经过傅立叶变换而反映出照明光束L2的发光角度分布。因此，当照明光束L2的光形为椭圆形时，所转换的影像光束L3的光瞳分布(Pupil diagram)也为椭圆形。请同时参考图2A至图2C，图2A是绘示依照本发明一实施例的影像光束L3的光瞳分布示意图。图2B是绘示依照本发明另一实施例的影像光束L3的光瞳分布示意图。图2C是绘示依照本发明再一实施例的影像光束L3的光瞳分布示意图。当照明组合140(请参照图1)内的光阀148(请参照图1)转动时，光阀148位于亮状态(On state)的偏转位置投射出的影像光束L3的光瞳分布C1、光阀148位于暗状态(OFF state)的偏转位置投射出的影像光束L3的光瞳分布C3以及光阀148位于不偏转状态(flat state)的偏转位置投射出的影像光束L3的光瞳分布C2彼此不会重叠，而可避免无效的影像光束L3所投射的区域(光瞳分布C3分布的区域以及光瞳分布C2分布的区域)与有效的影像光束的光瞳分布(光瞳分布C1分布的区域)部分重叠。图2A至图2C的光瞳分布C1/C2/C3分布位置的不同，是因为选用的照明组合140的光阀148种类不同，由于不同的光阀148的转轴设置的位置不同，使得图2A至图2C所述的实施例的光瞳分布C1/C2/C3分布位置有所不同，但不影响本发明实施例的实施。之后，影像光束L3可进入成像组合150内，其中成像组合150包含投影镜头152，影像光束L3可经由投影镜头152而投射至外部，例如是投射至一投影屏幕上，但不限于此。
请参照图3，其绘示依照本发明另一实施例的一种投影装置的示意图。如图3所示，本实施例所述的投影装置300与图1所示的实施例所述的投影装置100相似，相同的元件以相同的标号表示，两者差别主要在于本实施例的壳体300a的构造形状、分色镜124的排列方式以及光形调整元件130所设置的位置。在本实施例中，两分色镜124彼此相交，且光形调整元件130紧邻于光源110，光形调整元件130位于光源110与对应的导光透镜122之间，可将照明光束(未绘示)的光形调整为椭圆形，但光形调整元件130设置的位置并不限于此。
请参照图4，其绘示依照本发明再一实施例的一种投影装置400的部分示意图。如图4所示，本实施例的投影装置400与投影装置300相似，相同的元件以相同的标号表示，两者差异在于投影装置400的光形调整元件130位于导光透镜122与两分色镜124之间。另一方面，每一导光透镜122的入光面122a分别紧邻于光源110，且光形调整元件130紧邻于导光透镜122的其中之一的出光面122b，而可将照明光束(未绘示)的光形调整为椭圆形。应了解到，光形调整元件130所设置的位置不限于此。
请参照图5，其绘示依照本发明再一实施例的一种投影装置500的部分示意图。如图5所示，本实施例的投影装置500与投影装置400相似，相同的元件以相同的标号表示，两者差异在于投影装置500中，光形调整元件130紧邻于照明组合140(绘示于图1)的透镜阵列142，而可将照明光束(未绘示)的光形调整为椭圆形。应了解到，光形调整元件130所设置的位置不限于此。
请参照图6，其绘示依照本发明再一实施例的一种投影装置600的部分示意图。如图6所示，本实施例的投影装置600与投影装置100相似，相同的元件以相同的标号表示，两者差异在于投影装置600中，光形调整元件130紧邻于光源110，且光形调整元件130位于光源110与对应的导光透镜122之间，而可将照明光束(未绘示)的光形调整为椭圆形。应了解到，光形调整元件130所设置的位置不限于此。
请参照图7，其绘示依照本发明再一实施例的一种投影装置700的部分示意图。如图7所示，本实施例的投影装置700与投影装置100相似，相同的元件以相同的标号表示，两者差异在于投影装置700中，光形调整元件130紧邻于照明组合140的透镜阵列142。换句话说，光形调整元件130位于透镜阵列142及其中之一分色镜124之间，而可将照明光束的光形调整为椭圆形。应了解到，光形调整元件130所设置的位置不限于此。
请参照图8，其绘示依照本发明再一实施例的一种投影装置800的部分示意图。如图8所示，本实施例的投影装置800与投影装置700相似，相同的元件以相同的标号表示，两者差异在于投影装置800中，光形调整元件130位于两分色镜124之间，而可将照明光束的光形调整为椭圆形。应了解到，光形调整元件130所设置的位置不限于此。此外，由于本实施例的光形调整元件130位于两分色镜124之间，故光形调整元件130只需调整两个光源110发出的光束的光形，因此本实施例的光形调整元件130可具有较小的曲率厚度，使得本实施例的投影装置800的合光组合120整体体积可得以缩小。
请参照图9，其绘示依照本发明再一实施例的一种投影装置900的部分示意图。如图9所示，本实施例的投影装置900与投影装置700相似，相同的元件以相同的标号表示，两者差异在于投影装置900中，两分色镜124之间还具有一导光透镜122，且光形调整元件130紧邻于照明组合140的透镜阵列142。换句话说，光形调整元件130位于透镜阵列142及其中之一分色镜124之间，而可将照明光束的光形调整为椭圆形。应了解到，光形调整元件130所设置的位置不限于此。另外，由于本实施例的其中两光源110发出的光束先经过导光透镜122作用后，再经由光形调整元件130进行光形调整，因此本实施例的投影装置900投射的影像光束具有较高的亮度，且具有较佳的颜色平衡度。
由上述本发明实施例可知，应用本发明具有以下优点。本发明实施例的投影装置可以利用光形调整元件将光束的光形调整为椭圆形，使得照明光束的光形也能成为椭圆形，而可避免无效的影像光束所投射的区域与有效的影像光束所投射的区域部分重叠，造成部分无效的影像光束被投影至投影镜头而形成杂散光并影响投影装置的出光效率。因此，应用本发明实施例的投影装置可使得投影装置保持良好的出光效率。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，但是其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。另外本发明的任一实施例或权利要求不需达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。
【符号说明】
100、300、400、500、600、700、800、900：投影装置
100a、300a：壳体
110：光源
120：合光组合
122：导光透镜
122a：入光面
122b：出光面
124：分色镜
130：光形调整元件
140：照明组合
142：透镜阵列
144：中继透镜
146：全反射棱镜
148：光阀
150：成像组合
152：投影镜头
C1、C2、C3：光瞳分布
L1：光束
L2：照明光束
L3：影像光束

Claims (5)

1.一种投影装置，包含至少一光源、一合光组合、至少一光形调整元件、一照明组合以及一成像组合，
所述光源用以发射至少一光束；
所述合光组合设置于所述光束的行进路径上，用以将所述光束转换成一照明光束，其中所述合光组合包含多个导光透镜以及多个分色镜，且所述光束经由所述多个导光透镜的其中之一以及所述多个分色镜的其中之一转换成所述照明光束；
所述光形调整元件位于所述光束的行进路径上，用以调整所述光束的光形，其中所述光束的光形经由所述光形调整元件调整后呈现一椭圆形，所述合光组合的所述多个分色镜的数量为至少两个；
所述照明组合设置于所述照明光束的行进路径上，用以将所述照明光束转换成一影像光束，其中所述照明组合包含一透镜阵列，所述光形调整元件紧邻于所述透镜阵列且位于所述透镜阵列及所述两个分色镜的其中之一之间，所述两个分色镜之间还具有一个导光透镜；
所述成像组合设置于所述影像光束的行进路径上，用以投射出所述影像光束。
2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述光形调整元件为一双轴透镜或一柱面透镜。
3.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述照明组合还包含至少一中继透镜、一全反射棱镜以及一光阀，且所述照明光束经由所述透镜阵列、所述至少一中继透镜以及所述全反射棱镜传递至所述光阀后形成所述影像光束。
4.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述成像组合包含一投影镜头，且所述投影镜头用以投射出所述影像光束。
5.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述光源为发光二极管或激光器。
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